JP3109292B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ワークステーション
やパソコンの表示装置として用いられる液晶表示装置に
係り、特に、受光型ディスプレイであって、反射コント
ラストが高く、高速な動画像表示を可能とし、しかも、
無電源にて画像を保持できるようにした新規な液晶表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、紙を用いた表示、記録のように人
間の目に対する見易さや、取扱いのし易さを追求したデ
ィスプレイ装置に対する需要が高まっている。その中で
も、特に、電子ディスプレイ装置は、文書の作成や表示
を主体とする作業に多用されるため、目に対する優しさ
が要求される。すなわち、見易さや、取扱い易さの点か
ら、紙の上に書かれた文字のようにフリッカがなく、反
射コントラストの高い表示が可能で、電源等を必要とせ
ずに画面を保持できたりする機能が特に望まれる。

【０００３】また、現在のオフィス等では、電子ディス
プレイ装置で作成した文書は最終的にプリンタに出力
し、紙上の文書として見たり、保存したりしているが、
その中には大量の一過性の文書が含まれており、これら
は大量の紙の消費につながり、資源である森林の破壊、
ゴミの廃棄、焼却等による環境の悪化の一因になってい
る。従って、従来、電子的な情報を一旦紙の上に出力
し、取り扱っていた作業を、紙を介さずに高解像度な表
示が可能な電子ディスプレイ装置において実現すること
は、効率的なオフィスワークの達成や資源、地球環境を
保全することに貢献する。

【０００４】従来のディスプレイ装置技術においても、
さまざまな面からユーザーインタフェースの改善を指向
して、上述した望まれるディスプレイ装置の特性の中の
一部の要請に応える技術は提案されつつある。まず、フ
リッカがない表示に関する技術として、特開平３ー２８
２５１５号公報に開示されている電気光学結晶を用いた
ディスプレイ装置がある。これは、真空中に置いた電気
光学結晶を画像の表示画面として、背後から画像情報に
従った電子ビームを衝突させて、画像を書き込むもので
ある。このタイプにおいては、電気光学結晶にはメモリ
性のある材料を用いているため、一旦書き込まれた画像
は、消去用の電圧が印加されない限り保持され、表示の
フリッカはない。

【０００５】また、高精細な表示を目的とした高解像度
なディスプレイ装置は、従来から液晶ライトバルブを用
いた投射型ディスプレイ装置として提案されている。例
えば、特開昭６０ー１６５６２６号公報に開示されてい
るディスプレイ装置には、レーザビームの熱によって画
像を書き込むタイプの液晶ライトバルブであり、画像の
解像度は１０ドット／ｍｍが得られることが示されてい
る。また、特開昭５４ー１３４６５７号公報には、積層
された光導電層に対しレーザビームによる露光で画像を
書き込むタイプの液晶ライトバルブが示されている。

【０００６】更に、反射コントラストが高く、それ自身
メモリ性がある表示材料として、特表昭６３ー５０１５
１２号公報や特開昭６３ー１５５０２２号公報に示すよ
うに、常温でスメクティック相を示す液晶をポリマ中に
液晶滴として分散させてフィルム化する方法が最近注目
されている。このタイプにあっては、スメクティック液
晶が内包されたマイクロカプセルを含有するバインダ層
に電圧を印加し、画像情報に従って駆動されるサーマル
ヘッドによって加熱することで液晶の配向を変え、光の
透過、不透過を制御するようになっている。

【０００７】更にまた、実際に表示している文書等をプ
リンタにてハードコピーとして出力しなくても、印字イ
メージを確認できる表示装置も例えば特開平２ー２６５
７７７号公報に提案されている。この表示装置は、印刷
前にそのイメージを印字と同様の解像度で表示するシス
テムで、表示材料としてメモリ性を有する液晶を用いた
ものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各技術には以下のような技術的課題を含んでいる。す
なわち、上述したフリッカを防止した表示技術（特開平
３ー２８２５１５号）は、ＣＲＴと同様に電子を飛翔さ
せるため容器内部を真空状態に保持しなくてはならず、
しかも、電子ビーム発生源、電気光学結晶、偏向板を用
いるため、装置構成が複雑化してしまうばかりか、表示
画像全体が透過画像のため目に負担がかかり易く、ま
た、偏向板を用いる分、表示が暗くなり易いという技術
的課題がある。また、液晶ライトバルブを用いた投射型
ディスプレイ装置（特開昭６０ー１６５６２６号，特開
昭５４ー１３４６５７号）にあっては、高解像度な表示
が得られるが、液晶セルの画像の反射光をスクリーン上
に投影した画像を見ることになるため、紙の上の文字の
ような表示に比べ、画像のコントラストが低く、また、
長時間注視することによる目の疲労が比較的多いといっ
た技術的課題がある。更に、反射コントラストが高く、
それ自身メモリ性がある表示材料を示した技術（特表昭
６３ー５０１５１２号，特開昭６３ー１５５０２２号）
にあっては、表示速度がサーマルヘッドの伝熱速度によ
って規制されてしまい、更に、二次元的な書き込みのた
めにはヘッドもしくは表示媒体を一方向に機械的に走査
しなくてはならず、ＣＲＴのような電子ディスプレイ装
置のように高速な表示の切り替えができず、静止画の表
示にその用途が限定されてしまう。更にまた、印字イメ
ージを確認できる表示装置（特開平２ー２６５７７７
号）にあっては、プリンタに表示装置を持たせたものに
過ぎず、従来のディスプレイ装置としての作業を行うた
めのものではなく、用途が極めて限られたものになって
いる。

【０００９】このように、上述した各技術は、個別には
望まれるユーザインタフェースの中の一部に応えてはい
るが、これらの技術を組合せようとしても、各技術内容
を一つのディスプレイ装置として同時に用いることがで
きないことから、全ての要請を同時に満足させることは
極めて困難であった。

【００１０】更に進んで、電子ディスプレイ装置の表示
画面を紙と同様に取扱いたいという要請から、紙を扱う
ように、画像が保持されたまま表示画面をディスプレイ
装置本体から取り外し、簡単に持ち運びできるようにす
れば、従来のディスプレイ装置にはない、新しい用途を
生み出す高付加価値な新規ユーザインタフェースを提供
することになる。

【００１１】この点に関して、画面の取り外しが可能な
ディスプレイ装置は、例えば特開平４ー１７９８号公報
や特開平４ー６５２０号公報に開示されている。前者
は、表示画面を画像を形成するための操作部や画像の制
御部からなる本体から切り放すことが可能であるが、画
面を切り放した後に、表示した画像を保持しておくため
に、表示画面に画像記憶部とその情報に従って画像を表
示する表示要素と電源とを内蔵しているため、構造が複
雑で、重量も増えてしまう。一方、後者も、画面の取り
外しは可能であるが、電子ＯＨＰの用途に用いることを
ねらいとしたものであり、ディスプレイ装置の表示部自
身にはメモリ性を持たず、本体部との電気的な接続によ
って画像情報や駆動電圧を受け取っている。従って、い
ずれにしても、表示画面をディスプレイ装置本体から取
り外し、無電源で簡単に画像を保持することは実質的に
不可能であった。

【００１２】この発明は、以上の技術的課題を解決する
ためになされたものであって、電子化された情報を高速
に表示できる電子ディスプレイ装置の特性を生かしなが
ら、フリッカがなく、高い反射コントラストで目に優し
い明るさを有し、無電源で画像の保持が簡単に実現で
き、更に、表示画面のみを装置本体から取り外すことを
も可能とした液晶表示装置を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
図１に示すように、画像信号を受信する受信手段１と、
画像表示画面として用いられ、常温でメモリ性を有し且
つ電界の印加・消去によって光の透過及び散乱状態の切
換えが可能な液晶セル２と、上記受信手段１にて受信さ
れた画像情報に対応する電界を上記液晶セル２に作用さ
せる画像表示制御手段３と、上記液晶セル２のメモリ性
を一時的に解除するメモリ解除手段４とを備えたことを
特徴とする液晶表示装置である。

【００１４】このような技術的手段において、常温で優
れたメモリ性を有し且つ高い反射コントラストを得ると
いう観点からすれば、液晶セル２として、常温でスメク
ティック相を示し、使用環境温度以上でネマティック相
に相転移する液晶が高分子樹脂中に分散した液晶−高分
子複合膜を含んでいるものが好ましい。

【００１５】また、メモリ解除手段４としては、液晶セ
ル２の有するメモリ性を一時的に解除できるものであれ
ば適宜選定して差し支えないが、液晶セル２として、常
温でスメクティック相を示し、使用環境温度以上でネマ
ティック相に相転移する液晶相が含まれているものを用
いる場合には、受信手段１にて受信された動画像情報を
表示する際に、液晶セル２に含まれる液晶相をネマティ
ック相に相転移させる加熱手段にて構成される。この場
合において、上述した液晶セル２の液晶相は、動的な画
像の書き換えを行う場合には加熱手段によってネマティ
ック相に加熱保持され、電界の印加・消去のみを制御す
ることによって画像の高速な書換えを可能にし、また、
画像を記憶保持する時には加熱せずに常温時のスメクテ
ィック相に保たれるようにすればよい。

【００１６】更に、表示画面を紙と同様に扱いたいとい
う観点からすれば、少なくとも液晶セル２を装置本体に
対して着脱自在にすればよく、好ましくは、可撓性を有
するフィルム状に形成するのがよい。

【００１７】

【作用】上述したような技術的手段によれば、この発明
に係る液晶表示装置は図２（ａ）（ｂ）に従った作用を
奏する。図２（ａ）に示すように、受信手段１によって
受信された画像情報から、画像データと同期信号を夫々
得て画像表示制御手段３に伝える。この画像表示制御手
段３はこれらの画像データに従って画面上のアドレッシ
ングを行う。このとき、液晶セル２として、常温でスメ
クテイック相を示し、使用環境温度以上でネマティック
相に相転移する液晶と高分子樹脂が三次元的に連結した
微細構造を形成する複合膜が含まれるものを用いている
とすれば、図２（ａ）に示すように、動的な画像の書き
換えを行っている時には、液晶セル２の液晶はメモリ解
除手段４としての加熱手段によってメモリ性のないネマ
ティック相に加熱保持されているため、画像表示制御手
段３からの電界の印加・消去のみによって高速な配向状
態の制御が可能である。すなわち、液晶が電界の印加に
よって垂直配向状態になると、複合膜中の高分子樹脂と
液晶の屈折率がほぼ等しくなり、複合膜全体が透明化す
る。また、電界を印加されずに液晶が配向していない部
分は、液晶が光を散乱して複合膜全体を白濁状態にす
る。

【００１８】一方、図２（ｂ）に示すように、表示画像
を記憶保持したい時には、ネマティック相において電界
を印加したまま、メモリ解除手段４としての加熱手段に
よる加熱を停止することによって、液晶相がメモリ性を
有するスメクティック相に相転移し、画像表示制御手段
３からの電界の印加を停止した後でも液晶の配向状態が
メモリされ、画像が保持されることになる。

【００１９】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいてこの
発明を詳細に説明する。 ◎実施例１ 図３はこの発明を適用した液晶表示装置の実施例１を示
す説明図である。同図において、表示画面となる液晶セ
ル１０は、ピッチ１２５μｍライン状のＩＴＯ透明電極
１３，１４が内面にパターニングされた厚さ１２５μｍ
の２枚のＰＥＴフィルム１１，１２を透明電極１３，１
４のライン方向が互いに直交するように対向させ、その
内部に液晶−高分子複合膜（液晶を高分子樹脂中に分散
し、両者が三次元的に連結した微細構造を形成する複合
膜）１５を挟持したものである。

【００２０】この実施例において、液晶セル１０全体は
フィルム状で可撓性に優れており、表示画面のサイズは
２１０ｍｍ×３００ｍｍで約Ａ４サイズである。また、
液晶−高分子複合膜１５は、アクリル系光重合性樹脂１
部、スメクティック液晶組成物（ＢＤＨ社製「Ｓ２」）
を４部、重合開始剤（メルク社製「ダロキュア１１１
６」）を０．２部混合した物をＩＴＯ透明電極付きＰＥ
Ｔフィルム１１，１２で直径１４μｍのスペーサを介し
て挟み込み、ＵＶ硬化させたものである。

【００２１】また、液晶セル１０の画像表示のためのア
ドレッシングは画像情報に従って水平、垂直の透明電極
１３，１４に交流電界を印加することにより行われる。
この電極の交点が一つ一つの画素として動作し、画像を
表示することになる。より具体的に述べると、上記ライ
ン状の透明電極１３，１４にはマトリックススイッチン
グ素子１６，１７が接続され、このマトリックススイッ
チング素子１６，１７は電極駆動装置１８を介して受信
装置２０に接続され、受信装置２０からの画像信号に応
じてオンオフ動作するようになっており、対応するマト
リックススイッチング素子オン動作時に、交流電源１９
からの交流電圧が対応する透明電極１３，１４に印加さ
れ、液晶−高分子複合膜１５に画像信号に応じた電界パ
ターンが印加されるようになっている。

【００２２】更に、液晶ー高分子複合膜１５の加熱は、
ＰＥＴフィルム１１，１２に付設したライン状ＩＴＯ透
明電極１３，１４の一方（この実施例では透明電極１
３）に加熱用外部電源２１から直流の電流パルス（加熱
パルス）２２を流すことで行われる。このときの加熱パ
ルス２２の幅は、電極の形状、抵抗によって異なり、１
〜数１０ｍｓ程度であるが、加熱過剰にならず、また、
画像の書き込み時間を短縮するためになるべく短く設定
することが好ましい。尚、符号２３は画像信号に応じた
電界パターンと加熱パルスとを適宜タイミングで切り換
える切換スイッチ、２４は加熱パルス２２が印加される
タイミングにおいて各ライン状透明電極１３をフロート
状態から接地に接続するための接地用スイッチング素子
である。

【００２３】次に、この実施例に係る液晶表示装置の作
動について説明する。最初に、動画像を連続的に表示す
る場合について説明すると、先ず、液晶セル１０に対し
て加熱パルスが印加され、この通電によるジュール熱
で、透明電極１３，１４近傍の液晶ー高分子複合膜１５
が均一に加熱され、その結果、液晶は一旦液体化した
後、ネマティック相に転移する。その後、動画像の表示
が続く限りはこの加熱動作が適当な周期で繰り返され、
液晶はネマティック相に保持される。 この状態におい
て、加熱動作によってネマティック相に保たれた液晶セ
ル１０の透明電極１３，１４には画像情報に従って内部
の液晶を配向するに十分な電圧（約５０Ｖ）が印加さ
れ、液晶が垂直配向状態になる。このとき、液晶ー高分
子複合膜１５中の高分子樹脂と液晶の屈折率とが略等し
くなり、複合膜１５全体が透明化する。また、電界が印
加されずに液晶が配向していない部分は、液晶が光を散
乱して複合膜１５全体を白濁状態にする。このため、透
明化による光透過と白濁とのコントラストによって画像
が表示される。

【００２４】一方、書き込まれた画像を記憶、保持する
場合には、ネマティック相において画像情報に従った電
界を印加したまま、加熱動作を停止し、液晶相をネマテ
ィック相から常温でメモリ性のあるスメクテイック相に
相転移させる。スメクテイック相に相転移後は、電界の
印加を停止しても、液晶の配向状態は保たれ、表示され
た画像は保持される。

【００２５】また、表示画面である液晶セル１０は図４
に示すように、ディスプレイ装置本体とコネクタ３１を
介して電気的に接続されているが、このコネクタ３１を
外すことによって、表示画像が保持されたまま液晶セル
１０がディスプレイ装置本体から容易に分離される。

【００２６】◎実施例２ 実施例１では、画像の書き込み手段がマトリクス状の電
極１３，１４による画素のオン・オフによるものであっ
たが、この実施例では、図５に示すように、液晶セル１
０は、液晶−高分子複合膜１５上にＣｄＴｅからなる遮
光層４１及びアモルファスシリコンからなる光導電層４
２が積層されたものをＩＴＯ透明電極が内面全体にパタ
ーニングされた二枚のＰＥＴフィルム１１，１２で挟ん
だ構成とし、レーザビームによって二次元的に露光走査
し、その露光像に従った電界を光導電層４２に印加する
ようにしたものである。この場合におけるレーザビーム
の露光走査系としては、例えば、半導体レーザ５１から
のビームをコリメータレンズ５２を介して平行化した
後、水平走査用のポリゴンミラー５３及び垂直走査用の
ガルバノミラー５４によって二元的に偏向し、結像切能
を維持するためのｆθ集束光学系５５を介して液晶セル
１０の光導電層４２上にビームスポットを集束させるよ
うにしたものが用いられる。この実施例にあっては、実
施例１と同様な書き込み方式が採用されるようになって
いるが、実施例１のマトリクス電極駆動に比べ、書き込
みの解像度をより一層上げることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１記載
の発明によれば、装置構成を複雑にすることなく、特定
の液晶セルに対して電界の印加のみを制御することによ
り、高速な電子情報の表示をフリッカがなく且つ高い反
射コントラストで目に優しい明るさをもって実現するこ
とができ、しかも、常温においてそれ自身にメモリ性を
有するため、画像を無電源で容易に保持することができ
る。この結果、表示画面とディスプレイ装置本体との電
気的な接続の制約をなくすことが可能になり、表示維持
のための消費電力を必要としない、紙の文書のように取
り扱える電子ディスプレイ装置の実現に貢献するもので
ある。

【００２８】また、請求項１記載の発明によれば、常温
において優れたメモリ性を有し、しかも、高い反射コン
トラストを得ることができるので、画像品質の良好な画
像を無電源で容易に保持することができる。更に、請求
項１記載の発明によれば、メモリ解除手段としての加熱
手段にて液晶セルの液晶相の状態を制御することによ
り、画像の高速な書換えを可能にするモードと、画像を
記憶保持する場合のモードとを容易に切替えることがで
きる。更にまた、請求項２記載の発明によれば、表示画
面とディスプレイ装置本体の物理的な接続の制約をなく
し、表示画像を手に持って眺めたり、並べたり、複写し
たりと、広い用途に対応できる、紙のように扱える使い
やすいディスプレイ装置が提供できる。更に、請求項３
記載の発明によれば、薄く軽量で、衝撃による破壊が起
こりにくく、取扱いやすいディスプレイ装置が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る液晶表示装置の概要を示す説
明図である。

【図２】 （ａ）はこの発明に係る液晶表示装置の画像
を書き換える場合の作用を示す説明図、（ｂ）はこの発
明に係る液晶表示装置の画像を保持する場合の作用を示
す説明図である。

【図３】 この発明に係る液晶表示装置の実施例１を示
す説明図である。

【図４】 実施例１に係る液晶表示装置の液晶セルの着
脱構造を示す説明図である。

【図５】 この発明に係る液晶表示装置の実施例２を示
す説明図である。

【符号の説明】

１…受信手段，２…液晶セル，３…画像表示制御手段，
４…メモリ解除手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−155022（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−4216（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−232621（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−1798（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334 G02F 1/133 560 G02F 1/133 565

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号を受信する受信手段（１）と、
   画像表示画面として用いられ、常温でスメクティック相
   を示し、使用環境温度以上でネマティック相に相転移す
   る液晶が高分子樹脂中に分散した液晶−高分子複合膜を
   含み、常温でメモリ性を有し且つ電界の印加・消去によ
   って光の透過及び散乱状態の切換えが可能な液晶セル
   （２）と、上記受信手段（１）にて受信された画像情報
   に対応する電界を上記液晶セル（２）に作用させる画像
   表示制御手段（３）と、上記液晶セル（２）のメモリ性
   を一時的に解除するメモリ解除手段（４）とを備えた液
   晶表示装置であって、 メモリ解除手段（４）は、受信手段（１）にて受信され
   た動画像情報を表示する際に、液晶セル（２）に含まれ
   る液晶相をネマティック相に相転移させる温度に加熱保
   持する加熱手段にて構成されていることを特徴とする液
   晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、液晶セル
   （２）が装置本体に対して着脱自在であることを特徴と
   する液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のものにおいて、液晶セル
   （２）が可撓性を有するフィルム状であることを特徴と
   する液晶表示装置。